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高頻電路中,電源所帶有的噪聲對高頻信號影響尤為明顯。因此,首先要求電源是低噪聲的。在這里,干凈的地和干凈的電源同樣重要,電源是具有一定阻抗的,并且阻抗是分布在整個電源上的,因此,噪聲也會疊加在電源上。那么我們就應(yīng)該盡可能地減小電源的阻抗,所以最好要有專有的電源層和接地層。
在高頻電路設(shè)計中,電源以層的形式設(shè)計,在大多數(shù)情況下都比以總線的形式設(shè)計要好得多,這樣回路總可以沿著阻抗最小的路徑走。此外電源板還得為PCB上所有產(chǎn)生和接受的信號提供一個信號回路,這樣可以最小化信號回路,從而減小噪聲,這點常常為低頻電路設(shè)計人員所忽視。
PCB設(shè)計中消除電源噪聲的方法。
1、注意板上通孔:通孔使得電源層上需要刻蝕開口以留出空間給通孔通過。而如果電源層開口過大,勢必影響信號回路,信號被迫繞開,回路面積增大,噪聲加大。同時如果一些信號線都集中在開口附近,共用這一段回路,公共阻抗將引發(fā)串?dāng)_。
2、連接線需要足夠多的地線:每一信號需要有自己的專有的信號回路,而且信號和回路的環(huán)路面積盡可能小,也就是說信號與回路要并行。
3、模擬與數(shù)字電源的電源要分開:高頻器件一般對數(shù)字噪音非常敏感,所以兩者要分開,在電源的入口處接在一起,若信號要跨越模擬和數(shù)字兩部分的話,可以在信號跨越處放置一條回路以減小環(huán)路面積。
4、避免分開的電源在不同層間重疊:否則電路噪聲很容易通過寄生電容耦合過去。
5、隔離敏感元件。
6、放置電源線:為減小信號回路,通過放置電源線在信號線邊上來實現(xiàn)減小噪聲。
在IC的電源引腳附近合理地安置適當(dāng)容量的電容,可使IC輸出電壓的跳變來得更快。然而,問題并非到此為止。由于電容呈有限頻率響應(yīng)的特性,這使得電容無法 在全頻帶上生成干凈地驅(qū)動IC輸出所需要的諧波功率。就我們電路板上的IC而言,IC周圍的電源層可以看成是優(yōu)良的高頻電容器,它可以收集為干凈輸出提供高頻能量的分立電容器所泄漏的那部份能量。此外,優(yōu)良的電源層的電感要小,從而電感所合成的瞬態(tài)信號也小,進而降低共模EMI。
為了控制共模EMI,電源層要有助于去耦和具有足夠低的電感,這個電源層必須是一個設(shè)計相當(dāng)好的電源層的配對。取決于電源的分層、層間的材料以及工作頻率(即IC上升時間的函數(shù))。通常,電源分層的間距是6mil,夾層是FR4材料,則每平方英寸電源層的等效電 容約為75pF。顯然,層間距越小電容越大。上升時間為100到300ps的器件并不多,對于100到300ps上升時間的電路,3mil層間距對大多數(shù)應(yīng)用將不再適用。那時,有必要采用 層間距小于1mil的分層技術(shù),并用介電常數(shù)很高的材料代替介電材料。現(xiàn)在,陶瓷和加陶塑料可以滿足100到300ps上升時間電路的設(shè)計要求。